Q235碳钢在宜宾不同大气环境中的腐蚀行为_李成鑫.pdf

D O I:1 0.1 1 9 7 3/f s y f h-2 0 2 2 1 2 0 0 2Q 2 3 5碳钢在宜宾不同大气环境中的腐蚀行为李成鑫1,王志高2,海 潮3,王方强2,庞雅洁3,石建国4,严 军4,蒋益强4,杜翠薇3,李晓刚3(1.国网四川省电力公司,成都 6 1 0 0 4 1;2.国网四川省电力公司电力科学研究院,成都 6 1 0 0 4 1;3.北京科技大学腐蚀与防护中心,北京 1 0 0 0 8 3;4.国网四川省电力公司宜宾供电公司,宜宾 6 4 4 0 0 0)摘 要:通过室外暴露试验和电化学测试,研究了电网设备主要金属材料Q 2 3 5碳钢在四川宜宾地区不同大气环境中的腐蚀行为。结果表明:在四川宜宾A、B、C三个变电站环境中,Q 2 3 5碳钢的平均腐蚀速率分别为1 9.6 8 m/a、4 1.4 0 m/a和2 8.7 5 m/a,其表面腐蚀产物主要由-F e OOH、-F e OOH和F e3O4组成,在B和C变电站环境中,Q 2 3 5碳钢表面腐蚀产物中的-F e OOH含量较高;在B变电站环境中,Q 2 3 5碳钢的腐蚀电流密度最大,膜层电阻最小,说明其表面锈层对基体的保护性能较差。关键词:输变电设备;Q 2 3 5碳钢;大气腐蚀;电化学测试中图分类号:T G 1 7 4 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 5-7 4 8 X(2 0 2 2)1 2-0 0 0 6-0 5C o r r o s i o n B e h a v i o r o f Q 2 3 5 C a r b o n S t e e l i n D i f f e r e n t A t m o s p h e r e E n v i r o n m e n t s i n Y i b i nL I C h e n g x i n1,WANG Z h i g a o2,HA I C h a o3,WANG F a n g q i a n g2,P ANG Y a j i e3,S H I J i a n g u o4,YAN J u n4,J I ANG Y i q i a n g4,DU C u i w e i3,L I X i a o g a n g3(1.S t a t e G r i d S i c h u a n E l e c t r i c P o w e r C o m p a n y,C h e n g d u 6 1 0 0 4 1,C h i n a;2.S t a t e G r i d S i c h u a n E l e c t r i c P o w e r R e s e a r c h I n s t i t u t e,C h e n g d u 6 1 0 0 4 1,C h i n a;3.C o r r o s i o n a n d P r o t e c t i o n C e n t e r,U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y B e i j i n g,B e i j i n g 1 0 0 0 8 3,C h i n a;4.S t a t e G r i d Y i b i n P o w e r S u p p l y C o m p a n y,Y i b i n 6 4 4 0 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:T h r o u g h o u t d o o r e x p o s u r e t e s t a n d e l e c t r o c h e m i c a l t e s t,t h e c o r r o s i o n b e h a v i o r o f Q 2 3 5 c a r b o n s t e e l,t h e m a i n m e t a l m a t e r i a l o f p o w e r g r i d e q u i p m e n t,i n d i f f e r e n t a t m o s p h e r i c e n v i r o n m e n t s i n Y i b i n,S i c h u a n P r o v i n c e w a s s t u d i e d.T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e a v e r a g e c o r r o s i o n r a t e s o f Q 2 3 5 c a r b o n s t e e l i n t h e e n v i r o n m e n t s o f A,B a n d C s u b s t a t i o n s w e r e 1 9.6 8 m/a,4 1.4 0 m/a a n d 2 8.7 5 m/a,r e s p e c t i v e l y.T h e c o r r o s i o n p r o d u c t s o n t h e s u r f a c e o f Q 2 3 5 c a r b o n s t e e l w e r e m a i n l y c o m p o s e d o f -F e OOH,-F e OOH a n d F e3O4.T h e c o n t e n t o f -F e OOH o n t h e s u r f a c e o f Q 2 3 5 c a r b o n s t e e l i n t h e e n v i r o n m e n t o f B a n d C s u b s t a t i o n s w a s r e l a t i v e l y h i g h.I n B s u b s t a t i o n e n v i r o n m e n t,t h e c o r r o s i o n c u r r e n t d e n s i t y o f Q 2 3 5 c a r b o n s t e e l w a s t h e h i g h e s t a n d t h e f i l m r e s i s t a n c e w a s t h e l o w e s t,w h i c h s h o w e d t h a t t h e s u r f a c e r u s t l a y e r h a d p o o r p r o t e c t i o n p e r f o r m a n c e f o r t h e s u b s t r a t e.K e y w o r d s:p o w e r t r a n s m i s s i o n a n d t r a n s f o r m a t i o n e q u i p m e n t;Q 2 3 5 c a r b o n s t e e l;a t m o s p h e r i c c o r r o s i o n;e l e c t r o c h e m i c a l t e s t 腐蚀的危害超过自然灾害和各类事故损失的总和,据统计,我国年平均腐蚀成本超过2万亿元,相当于因为腐蚀损耗,全国人民每年人均约承担1 5 0 0元的成本1。碳钢作为常见的结构支撑和机械工程材料,被广泛应用于变压器、变电站出线门型构架、收稿日期:2 0 2 2-0 4-0 6基金项目:国家科技基础资源调查专项(2 0 2 1 F Y 1 0 0 6 0 0);国网 四 川 省 电 力 公 司 科 技 项 目(5 2 1 9 9 7 1 6 0 0 1 3,5 2 1 9 9 7 2 0 0 0 3 0)通信作者:杜翠薇(1 9 7 2-),教授,博士,主要从事工业环境腐蚀工作,1 3 7 0 1 3 3 2 4 7 7,d c wu s t b.e d u.c n主变构架、户外敞开式隔离开关、断路器、电流互感器、电压互感器、电容器、输电线路角钢塔、钢管塔、钢管杆、电力金具、导地线等输变电设备2-3。目前,电网设备在大气环境中的腐蚀问题日益突出,严重影响电网的安全运行和可靠性,甚至导致停电跳闸、倒塔断线等事故。通常认为温度、湿度和污染物是影响碳钢耐大气腐蚀性能的主要环境因素4-5。汪川等6研究了碳钢和耐候钢在热带雨林、海洋大气和工业大气三种大气环境中的腐蚀规律。结果表明碳钢在高湿热的海洋大气环境中的腐蚀速率极高,远远高于其在热带雨林和工业大气环境中的。曹公望等7对比研6第4 3卷 第1 2期2 0 2 2年1 2月腐蚀与防护C O R R O S I ON&P R O T E C T I ONV o l.4 3 N o.1 2D e c e m b e r 2 0 2 2究了Q 2 3 5钢和Q 3 4 5钢在红沿河工业性海洋大气环境中的腐蚀行为。结果表明,Q 3 4 5钢的初期腐蚀速率大于Q 2 3 5钢,随着曝晒时间的延长,两种钢的腐蚀速率趋于一致。在电网输变电工程中,超过9 0%的设备处于不同的大气腐蚀环境中8-1 0,因此,有必要对碳钢在不同大气环境中的腐蚀规律进行研究1 1-1 2,为输变电工程设计、选材、基建、运维阶段开展差异化防腐蚀措施提供理论指导。本工作选取四川省宜宾市三个典型变电站作为暴晒试验站点,对碳钢材料进行为期1 a的大气暴晒试验,分析了Q 2 3 5碳钢的腐蚀行为和规律,以期为该地区的差异化防腐蚀措施提供理论指导。1 试验1.1 试验材料试验材料为Q 2 3 5碳钢,其主要化学成分(质量分数)分别为:C 0.1 6%;S i 0.2 0%;M n 0.6 1%;S0.0 2 3%;P0.0 1 9%;F e余量。按照国标截取尺寸为1 5 0 mm7 0 mm3 mm的大气暴晒标准试样,试样经过车铣、打钢印、打磨、除污清洗及干燥后,使用精度为0.0 0 0 1 g的分析天平进行称量并记录。选取四川省宜宾市三个典型变电站作为暴晒试验站点,对碳钢材料进行为期1 a的大气暴晒试验。其中:A变电站位于四川省宜宾市区,所处环境为城市大气环境;B变电站位于四川省宜宾市屏山县某工业园区附近,距离重工业污染源较近且污染源集中,所处环境可划分为重污染工业环境;C变电站位于四川省宜宾市长宁县,距离大气污染源较远且污染源较为分散,所处环境为轻工业污染环境。三个变电站的大气环境各项参数如表1所示。表1 三个变电站的大气环境各项参数T a b.1 A t m o s p h e r i c e n v i r o n m e n t d a t a s o f t h r e e s u b s t a t i o n s地点年平均温度/年降雨量/mm年均湿度/%S O2年平均浓度/(gm-3)A变电站1 9.11 0 6 4.18 2.31 5B变电站1 7.91 2 0 5.78 3.91 9C变电站1 8.78 6 48 1.61 71.2 试验方法利用Q u a n t a 2 5 0型扫描电镜(S EM)和自带的能谱仪(E D S)分析不同地区暴露1 a后碳钢试样的表面腐蚀形貌和锈层化学成分。利用X射线衍射仪(X R D)对试样表面的腐蚀产物进行成分分析,相关测试参数为:扫描范围1 0 9 0,扫描速率4/m i n。依据G B/T 1 6 5 4 5-2 0 1 5 金属和合金的腐蚀 腐蚀试样上腐蚀产物的清除 标准,选用除锈液对试样表面的腐蚀产物进行清洗。除锈液的成分为:5 0 0 m L盐酸+5 0 0 m L去离子水+3.5 g六次甲基四胺。将试样置于除锈液中超声清洗1 0 m i n后,经去离子水清洗、乙醇溶液浸泡后,用吹风机冷风吹干后称量。按照式(1)计算试样的腐蚀质量损